Нефть ва газни қайта ишлаш жараёнлари ва ускуналари Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги олий ўқув юртлари бакалавриатининг «Нефть ва нефть-газни қайта ишлаш технологияси»

17.2. КРИСТАЛЛАНИШ ПАЙТИДАГИ МУВОЗАНАТ

Моддаларнинг суюқ эритувчилардаги эрувчанлиги уларнинг кимёвий табиатига, эритувчининг хоссаларига, ҳарорат ва босимга боғлиқ бўлади. Саноатда эритувчилар сифатида кўпинча сув, органик бирикмалар – спиртлар, углеводородлар ва бошқалар ишлатилади. Одатда кўпчилик моддаларнинг эрувчанлиги ҳароратнинг ортиши билан кўпаяди. Ҳарорат пасайганда бундай эритмалар тўйиниб, нотурғун мувозанат ҳолатини эгаллайди. Бундай ҳолатнинг давомийлиги мувозанатдан қанчалик узоқлик даражаси, эриган модда ва эритувчининг хоссаларига боғлиқ бўлади. Эритманинг номувозанат ҳолатдан мувозанат холатига ўтишида кристалларнинг ажралиши юз беради, яъни кристалланиш жараёни ҳосил бўлади. Эритмаларнинг максимал тўйиниш даражасига эриган модда ва эритувчининг хоссалари, эритма ҳарорати, совитиш тезлиги, қўшимчаларнинг борлиги, механик кучларнинг мавжудлиги ва бошқа омиллар таъсир қилади. Шу сабабдан эритмаларнинг максимал туйиниш қиймати тажриба йўли билан ёки тахминий эмпирик тенгламалар ёрдамида аниқланилади.
Кристалланиш пайтидаги фазавий ўзгаришда босим билан ҳарорат оралиғидаги боғлиқлик Клапейрон-Клаузиус тенгламаси орқали ифода қилинади:
, (17.1)
бу ерда q – суюқ ёки газсимон ҳолатдан кристалланиш иссиқлиги; V₁ – суюқ ёки газсимон ҳолатдаги модданинг солиштирма ҳажми; V₂ – қаттиқ ҳолатдаги модданинг солиштирма ҳажми.
Одатда V₁>V₂, чунки кўпчилик моддаларнинг зичлиги қаттиқ ҳолатга ўтиши пайтида ортади, оқибат натижада уларнинг солиштирма ҳажми камаяди. Демак, / >0, яъни фазавий ўзгаришда юз берадиган босим Р ҳароратнинг кўпайиши билан ортади.
Бинар ва кўп компонентли системалардаги мувозанат шартларини концентрация – ҳарорат координаталарида тасвирланган фазавий диаграммалар ёрдамида таҳлил қилиш жуда қулайдир. Тоза моддалар учун бундай боғлиқлар махсус адабиётларда келтирилган бўлади.
17.1-расмда берилган модданинг мувозанат ва тўйиниш концентрацияларининг ҳароратдан боғлиқлиги келтирилган. Ушбу расмда учта зонани ажратиш мумкин: I зона эритманинг тўйинишигача бўлган ҳолатини (тўйиниш чизиғи 1 дан пастда) ифода қилади, бу зонада кристалланиш юз бермайди. Пунктир чизиқ 2 тўйинган эритмалар зонасини икки қисмга ажратади – 1 ва 2 чизиқлар оралиғида жойлашган нисбатан турғун зона (II) ва 2 чизиқнинг тепасида жойлашган нотурғун зона (III). III зонада кристалланиш юз беради.



17.1-расм. Мувозанат ва тўйиниш концентрацияларининг ҳароратдан боғлиқлиги:
I-тўйинган эритма зонаси; II-нисбатан турғун зона; III-нотурғун зона.

Учинчи зонадаги концентрацияларга мос келган тўйинган эритмаларда тезкорлик билан (яъни деярли бир зумда) кристалланиш юз беради. II зонадаги тўйинган эритмаларда маълум бир вақт ичида сезиларли даражада ўзгаришлар юз бермайди, фақат эритмада мавжуд бўлган кристаллар катталашади. II ва III зоналар оралиғидаги чегара шартли бўлиб, у юқорида айтиб ўтилган бир қатор омилларга боғлиқ бўлади. Агар тўйинган эритма ҳароратини бироз (t₁ дан t₂ гача) пасайтирилса, эритманинг ҳолати С₁*С₂¹ чизиғи бўйича ўзгариб, концентрация С₂¹ га етгунга қадар кристалларнинг ажралиши юз беради. Оқибат натижада эритма концентрация С₂¹С₂* чизиғи бўйича пасаяди. Бундай эритмаларнинг кристалланишини совитиш орқали (яъни изогидрик усул билан) амалга ошириш мақсадга мувофиқ бўлади.

Агар кристалланиши лозим бўлган модданинг эрувчанлигига ҳароратнинг таъсири жуда ҳам кам бўлса, бундай эритмадан кристалланиш жараёнини амалга оширишда изогидрик услубдан фойдаланиш номаъқул ҳисобланади. Бундай шароитда эритувчининг бир қисмини ажратиб олиш (яъни буғлатиш йўли билан) орқали эритмадан кристалланишни юзага чиқариш (бошқача қилиб айтганда, изотермик услуб билан) мақсадга мувофиқ бўлади.
Оралиқ ҳолатда яъни модданинг эрувчанлиги ҳароратнинг кўпайиши билан жуда секинлик билан ортса, изогидрик услубдан ҳам, изотермик услубдан ҳам ёки уларнинг комбинациясидан ҳам фойдаланиш мумкин. Кристалланишнинг энг мақбул услубини фақат тегишли техник-иқтисодий ҳисоблашлар орқалигина аниқлаш мумкин.

17.3. КРИСТАЛЛАНИШ ЖАРАЁНИНИНГ ТЕЗЛИГИ

Кристалланиш тезлиги эритманинг ҳароратига, унинг ўта тўйиниш даражасига, кристалл марказларининг пайдо бўлиш тезлигига, аралаштириш даражасига ва бошқа омилларга боғлиқ бўлади. Кристалланиш марказлари ўта тўйинган ёки ўта совиган эритмаларда ўз-ўзидан ҳосил бўлади. Бундай марказларнинг ҳосил бўлиш тезлигини ошириш учун ҳароратни кўпайтириш, аралаштириш, силкитиш ёки сирт-фаол моддаларни қўшиш керак. Амалиётда кристалланиш марказларининг пайдо бўлишини осонлаштириш учун ускунага қўшимча кристаллсимон модданинг майда кукуни қўшилади.

Кристалл куртакларининг яхши ўсиши учун улар маълум ўлчамга эга бўлиши керак. Ҳосил бўлаётган куртакнинг ўлчами анча кичик бўлса қайтадан молекулаларга парчаланиб кетади, агар ўлчами каттароқ бўлса куртак сақланиб қолади. Сақланиб қолиши мумкин бўлган кристалл куртакларининг ўлчами эритманинг тўйиниш даражасига, ҳароратга, ҳамда эриган модда ва эритувчининг хоссаларига боғлиқ бўлади.
Ягона олинган кристалларнинг ҳосил бўлиши қуйидагича боради: 1) ўта тўйинган эритмада кристалланиш маркази (ёки куртаги)нинг пайдо бўлиши; 2) ушбу кристалланиш куртаги асосида кристаллнинг ўсиши. Кристалл тўғри панжара сифатидаги фазавий тузилишига эга бўлиб панжаранинг тугунларида кристалларнинг таркибига кирган ионлар, атомлар ёки молекулалар жойлашган бўлади. Сувнинг молекуласи кўпинча қаттиқ кристаллнинг таркибига кирган бўлади, бундай кристалларни кристоллогидрат деб аталади. Кристалл панжаралари симметриясининг 32 та кўриниши мавжуд бўлиб, улар 7 гуруҳга бўлинади. Бу гуруҳлар бир ёки бир неча ўхшаш симметрия элементларидан иборат бўлади: 1) уч понали; 2) кўп понали; 3) ромбик; 4) тригонал; 5) тетрагонал; 6) гексагонал ва 7) кубик.
17.2-расмда кристалланиш тезлигининг вақтдан боғлиқлиги кўрсатилган. Графикдан кўриниб турибдики, ўта туйиниш даражаси катта бўлган пайтда кристалланиш тезлиги кескин ўзгаради. Эритмаларнинг туйиниш даражаси ортиши билан кристалларнинг ўсишига нисбатан, кристалланиш марказларининг пайдо бўлиши тезроқ боради. Оқибат натижада майда кристаллар ҳосил бўлади. Йирик кристалли маҳсулот олиш учун эритмани тўйинтиришни секин-аста пасайтириш зарур.